黑铜泥作为铜矿冶炼企业生产过程(电解液净化)中的一种副产物,主要元素成分为Cu、As等,其产生量比较大、成份复杂且毒性强,引发了严重的环境问题。因此,研究如何有效地处理和利用黑铜泥极具价值与意义。 本研究所采用的黑铜泥样品来自于湖南郴州有色园某铜冶炼企业,其含有铜、砷、铅、锑、铋等多种元素,主要元素为铜和砷,其他元素含量较少。样品中铜元素的含量最高,达到了44%左右,接近矿物总质量的一半,其次为砷,含量约为25%左右。黑铜泥样品的表面致密毛糙,吸附有杂质微粒、表面无明显结晶体特征,呈不规则几何形状,样品中主要含有砷化铜(Cu3As、Cu2As、CuHAsO4)等铜砷化合物。 本论文改进了传统的湿法炼铜电解工艺,增加了微波预处理和超声波辅助手段,设计了一个新型超声波辅助电解装置和工艺,对该工艺的进一步应用进行了可行性评估,主要研究内容和得出的结论如下: 研究了黑铜泥超声波辅助电解浸出及效率,分析了黑铜泥在硫酸体系的E-pH图、预处理样品在硫酸体系的E-pH图和超声辅助电解浸出的反应机理。着重讨论了黑铜泥超声辅助电解浸出的试验条件对浸出率和浸出速度的影响,实验条件包括:1.微波预处理;2.超声功率(包括与搅拌、静置方式的对比);3.液固比;4.初始酸度;5.温度;6.电流密度。从提高浸出率和浸出速度的研究目标出发,并根据实验结果的讨论给出了最佳电解浸出工艺条件,在该工艺条件下,电解浸出4小时后黑铜泥的浸出率可达98.58%。 研究了黑铜泥超声波辅助电解电积及效能,分析了超声辅助电解电积的反应机理,讨论了黑铜泥超声辅助电解电积的试验条件对槽电压和电流效率的影响,设置的实验条件与电解浸出一致,综合浸出率研究的试验结果,给出了最佳电解工艺条件为:微波预处理,100W超声辅助,液固比10:1,硫酸浓度1mol/L,温度50℃,电流密度200A/m2,在该条件下,2小时电解后槽电压为3.17V,电流效率为96.01%。还对电解产物阴极铜的纯度和形态进行了分析,其中黑铜泥原样电解析出的阴极铜质量较差,在含铜量、杂质含量、表面质量等指标上都没有达到国标标准铜的规格,而在最佳工艺条件下,析出的阴极铜在含铜量、杂质含量上达到了国标2#标准铜的要求,但表面质量也没有达到国标标准铜的要求。研究了黑铜泥电解的后续流程及应用分析,后续流程涉及阴极铜的质量改善、电解残渣的处理与应用、电解残液的处理与利用,应用分析涉及黑铜泥超声波辅助电解的成本及效益、黑铜泥超声波辅助电解的环境影响。其中,阴极铜的质量改善举措主要为在电解液中适当地加入添加剂明胶,而电解的残渣和残液都可以得到有效处理与资源化利用,总体成本较低,具备一定的经济效益,无污染物直接排放到周围环境中,从环保角度而言是可行的。总之,本论文为充分挖掘黑铜泥的经济效益和社会效益提供了技术参考与帮助。